DE69914738T2

DE69914738T2 - ROTARY PISTON MACHINE

Info

Publication number: DE69914738T2
Application number: DE69914738T
Authority: DE
Inventors: Ian Weslake-Hill
Original assignee: Ceres IPR Ltd
Current assignee: Ceres IPR Ltd
Priority date: 1998-04-25
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: EP1075595A1; AU3717899A; AU756743B2; EP1075595B1; BR9909924A; WO1999056013A1; JP4249904B2; ATE259467T1; PL343676A1; DE69914738D1; GB9808780D0; CN1113163C; PL198217B1; CA2367056A1; JP2002513114A; IN2000KN00533A; KR100624550B1; CA2367056C; US6352063B1; CN1307666A

Abstract

A rotary piston machine adapts the Stirling principle and can operate as an engine or a heat pump. Two variable volume units (1,4) have n-lobed chambers (3,6) rotatable about a common axis at a first speed. Each chamber contains an (n+1) sided piston (2,5), these being rotatable about a different common axis at a different second speed, and co-operating with the lobes to form expanding and reducing sub-chambers. The first to second speed ratio is (n+1):n.n ducts (10,11) incorporating regenerators provide intercommunication between the chambers (3,6) and are open and closed by the relative piston rotation to exchange fluid or vapour between units. Heating may be provided for one unit, the expansion unit (1), and cooling for the other, the compression unit (4), and the ducts can also incorporate heating and cooling means.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenmaschinen. Sie betrifft die Anpassung des Stirling-Prinzips mit mehrseitigen Drehkolben, die in Kammern arbeiten mit epitrochoiden Bögen, wobei das Arbeitsfluid oder der Dampf geschlossenen thermodynamischen zyklischen Prozessen unterworfen sind. Die Maschine kann als Motor oder als eine Wärmepumpe arbeiten (siehe beispielsweise US-A-3 744 940 wie auch US-A 5 281 596).The The present invention relates to rotary piston engines. she concerns the adaptation of the Stirling principle with multi-sided rotary pistons, which work in chambers with epitrochoidal arches, the working fluid or the steam closed thermodynamic cyclic processes are subject. The machine can be used as a motor or as a heat pump See, for example, US-A-3,744,940 as well as US-A 5,281 596).

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Fluid- oder Dampfdrehkolbenmaschine bereitgestellt mit zwei volumenvariablen Einheiten, wobei jede Einheit eine mehrbogige, epitrochoide Drehkammer und einen mehrseitigen Kolben in dieser aufweist, welcher zusammenwirkend mit dem Umfang der dazugehörigen Kammer mehrere separate Unterkammern ausbildet, wobei die Anzahl (n + 1) der Kolbenseiten um 1 größer ist als die Anzahl (n) der epitrochoiden Bögen, wobei die beiden Kammern mit einer ersten gemeinsamen Geschwindigkeit um eine erste effektive gemeinsame Achse drehen und die beiden Kolben mit einer zweiten gemeinsamen Geschwindigkeit um eine zweite gemeinsame effektive Achse drehen, wobei das Verhältnis von erster gemeinsamer Geschwindigkeit n + 1 : n ist, wobei jede Kammer mehrere (n) doppelfunktionale Öffnungen aufweist, die eine Verbindung zwischen den Kammern über Kanäle herstellen und wobei jeder der Kanäle einen Regenerator enthält, der eine variable Volumeneinheit ansaugen, Expansion und Ausstoß ermöglicht, während die andere Einheit aufgrund der Relativdrehung und der Positionen der Öffnungen ansaugen, Kompression und Ausstoß ausführt.According to the present Invention, a fluid or steam rotary piston machine is provided with two volume variable units, each unit having a multi-arched, epitrochoide rotary chamber and a multi-sided piston in this which cooperates with the circumference of the associated chamber forming several separate subchambers, where the number (n + 1) the piston sides is larger by 1 as the number (n) of epitrochoidal arches, the two chambers with a first common speed around a first effective one rotate common axis and the two pistons with a second common speed by a second common effective Turn axis, the ratio of first common speed n + 1: n, where each Chamber has several (n) double-functional openings, the one Connection between the chambers over channels and wherein each of the channels contains a regenerator, the aspirate a variable volume unit, expand and eject, while the other unit due to the relative rotation and the positions of the openings suction, compression and ejection.

Vorzugsweise sind die Kammern koaxial wie auch die Rotoren. Dies vereinfacht den Aufbau. Sie könnten jedoch auch theoretisch auf unterschiedliche Achsen sein, jedoch zur gemeinsamen Drehung angekoppelt. Der Begriff "effektiv" soll diese Alternative abdecken.Preferably the chambers are coaxial as well as the rotors. This is simplified the construction. You could but also theoretically be on different axes, however coupled for common rotation. The term "effective" is intended to be this alternative cover.

Eine Heizeinrichtung kann vorgesehen sein für die Einheit mit variablem Volumen, welche den Expansionsprozess ausführt und es kann eine weitere Heizeinrichtung vorgesehen sein zwischen jeweils dem Generator und der Einheit mit variablem Volumen, welche den Expansionsprozess ausführt.A Heating device may be provided for the unit with variable Volume, which performs the expansion process and it may be another Heating device to be provided between each of the generator and the unit of variable volume, which is the expansion process performs.

Eine Kühleinrichtung kann ebenso vorgesehen sein für die Einheit mit variablem Volumen, welche den Kompressionsprozess ausführt und eine weitere Kühleinrichtung kann zwischen jeweils dem Generator und der Einheit mit variablem Volumen vorgesehen sein, welche die Kompressionsprozesse ausführen.A cooling device may also be provided for the unit with variable volume, which the compression process carries and another cooling device can be between each of the generator and the unit with variable Volume can be provided, which perform the compression processes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist n = 2, so dass dreiseitige Kolben vorgesehen sind, die in doppelbogigen Kammern arbeiten.According to one preferred embodiment n = 2, so that three-sided pistons are provided, which in double-curved Chambers work.

Die Expansionseinheit, die zwar nicht notwendigerweise beheizt sein kann, weist ihre Öffnungen in einer solchen Weise auf, dass die hierin gebildeten Kammern allgemein ein ansteigendes Volumen besitzen, wenn sich nicht in Kommunikation mit einer Öffnung stehen und allgemein ein abnehmendes Volumen aufweisen, wenn die Kammern in Kommunikation mit einer Öffnung stehen. Die andere Kompressionseinheit, die zwar nicht notwendigerweise gekühlt sein kann, weist ihre Öffnungen derart auf, dass die hierin gebildeten Kammern allgemein ein abnehmendes Volumen besitzen, wenn sie nicht in Kommunikation mit einer Öffnung stehen und ein allgemein ansteigendes Volumen aufweisen, wenn die Kammern in Kommunikation mit einer Öffnung stehen. Die Arbeitsprozesse treten somit in Kammern auf, die isoliert sind von den Öffnungen während der Transfer des Arbeitsfluids oder des Dampfes eintritt zwischen einem Paar von Kammern, die jeweils in Kommunikation stehen mit den Öffnungen zu einer gemeinsamen Leitung. Wenn ein hochwertiger Wärmeübergang zum Arbeitsfluid oder zum Dampf erzielt wird, welcher von oder zu der Expansionseinheit strömt oder hierin enthalten ist, während ein geringer Wärmeübergang erzielt wird von dem Arbeitsfluid oder dem Dampf, welcher zur oder von der Kompressionseinheit strömt oder hierin enthalten ist, verhält sich die Maschine als Motor mit einer mechanischen Leistungsabgabe. Wenn eine mechanische Leistung an die rotierenden Komponenten angelegt wird, aber ein niedriger Wärmeübergang erzielt wird zu dem Bereich der Expansionseinheit, während ein hoher Wärmeübergang eintritt von dem Bereich der Kompressionseinheit, verhält sich die Maschine als Wärmepumpe oder Kältemaschine.The Expansion unit, although not necessarily heated can, points out their openings in such a way that the chambers formed herein are general have an increasing volume when not in communication with an opening and generally have a decreasing volume when the Chambers are in communication with an opening. The other compression unit, which may not necessarily be cooled, has its openings such that the chambers formed herein are generally a diminishing Have volume if they are not in communication with an opening and a generally increasing volume when the chambers in communication with an opening stand. The work processes thus occur in chambers that isolate are from the openings during the Transfer of working fluid or vapor enters between one Couple of chambers, each communicating with the openings to a common line. If a high quality heat transfer is achieved to the working fluid or to the steam, which from or to the expansion unit flows or contained herein while a low heat transfer is achieved by the working fluid or the steam, which to or flows from the compression unit or contained herein the machine as a motor with a mechanical power output. When a mechanical power is applied to the rotating components but a low heat transfer is achieved to the area of the expansion unit, while a high heat transfer entering from the area of the compression unit behaves the machine as a heat pump or chiller.

Zu einem besseren Verständnis der Erfindung wird nun Bezug genommen beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei sindTo a better understanding The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. There are

Die 1, 2, 3, 4 und 5 schematische Diagramme unter Wiedergabe der relativen Positionen der Expansions- und Kompressionseinheiten einer Drehkolbenmaschine in Intervallen, während eines Rotationszyklus undThe 1 . 2 . 3 . 4 and 5 schematic diagrams showing the relative positions of the expansion and compression units of a rotary engine at intervals, during a rotation cycle and

6 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Maschine. 6 a cross section through a preferred embodiment of the machine.

Eine Expansionseinheit 1 besitzt einen Drehkolben 2, welcher in einer Kammer 3 enthalten ist und eine Kompressionseinheit 4 besitzt einen Drehkolben 5, welcher in einer Kammer 6 enthalten ist. Jeder Kolben 2 und 5 ist flach und besitzt allgemein eine gleichseitige Dreieckform, wobei die Seiten des Dreieckes jedoch konvex und gekrümmt sind. Jede Kammer 3 und 6 ist ebenfalls flach, grenzt die Flächen des Kolbens eng ein und besitzt eine zweibogige epitrochoide Form. Die Kammern besitzen dementsprechend Haupt- und Nebenachsen, die sich in einem rechten Winkel an ihren Zentren schneiden. Die beiden Einheiten 1 und 4 sind starr miteinander verbunden und drehen sich um eine gemeinsame Achse durch ihre Zentren in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit, wobei die Hauptachsen der Kammern 3 und 6 einen Winkel von 90° miteinander bilden. Die beiden Drehkolben 2 und 5 sind ebenfalls starr miteinander verbunden und drehen sich um eine gemeinsame Achse durch ihre Zentren in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit, wobei diese 2/3 der Geschwindigkeit der Rotation der Kammern 3 und 6 ausmachen. Die gekrümmten Seiten 2a, 2b und 2c des Kolbens 2 sind in einem Winkel von 180° zu den Gegenseiten 5a, 5b und 5c des anderen Kolbens 5 angeordnet. Die Seiten der Kolben 2 und 5 kooperieren mit den Profilen der jeweiligen Kammern 3 und 6 und bilden Subkammern 3a, 3b und 3c sowie 6a, 6b und 6c mit variablem Volumen und variabler Form beim Betrieb wie nachfolgend beschrieben werden wird.An expansion unit 1 has a rotary piston 2 which is in a chamber 3 is included and a compression unit 4 has a rotary piston 5 which is in a chamber 6 is included. Every piston 2 and 5 is flat and generally has an equilateral triangular shape, but the sides of the triangle are convex and curved. Every chamber 3 and 6 is also flat, narrowens the surfaces of the piston and has a double-arched epitrochoidal shape. The chambers accordingly have major and minor axes intersecting at a right angle to their centers. The two units 1 and 4 are rigidly connected and rotate about a common axis through their centers in the same direction and at the same speed, with the major axes of the chambers 3 and 6 form an angle of 90 ° with each other. The two rotary pistons 2 and 5 are also rigidly connected and rotate about a common axis through their centers in the same direction and at the same speed, being 2/3 of the speed of rotation of the chambers 3 and 6 turn off. The curved sides 2a . 2 B and 2c of the piston 2 are at an angle of 180 ° to the opposite sides 5a . 5b and 5c of the other piston 5 arranged. The sides of the pistons 2 and 5 cooperate with the profiles of the respective chambers 3 and 6 and form subchambers 3a . 3b and 3c such as 6a . 6b and 6c with variable volume and variable shape in operation as will be described below.

Die Öffnungen 7 und 8 in der Expansionseinheit 1 sind diagonal einander gegenüberliegend angeordnet und versetzt um 30° in Bewegungsrichtung (im Uhrzeigersinn gesehen in den 1–5) von der Nebenachse der Kammer 3. Entsprechende Öffnungen 9 und 10 sind in einer ähnlichen Weise in der Kompressionseinheit 4 vorgesehen, jedoch versetzt um 30° in entgegengesetzter Richtung zu der Rotation von der Ebenachse der Kammer 6. Diese Positionierung stellt sicher, dass während des Betriebes eine Öffnung 7 oder 8 dabei ist, sich zu öffnen zu einer Subkammer, wenn diese Subkammer ihr maximales Volumen in der Expansionseinheit besitzt. In einer ähnlichen Weise hat sich eine Öffnung 9 oder 10 gerade zu einer Subkammer geschlossen, wenn diese Subkammer ihr maximales Volumen in der Kompressionseinheit 4 besitzt. Die Expansionseinheitsöffnung 7 ist angeschlossen durch eine verbindende Leitung 11 zur Kompressionsöffnung 9 diagonal entgegengesetzt in Bezug auf die Rotationsachse der Einheiten 1 und 4 während die Expansionseinheitsöffnung 8 in einer ähnlichen Weise angeschlossen ist durch eine Verbindungsleitung 12 zu der Kompressionseinheitsöffnung 10. Diese Leitungen enthalten jeweils einen (nicht dargestellten) Regenerator.The openings 7 and 8th in the expansion unit 1 are arranged diagonally opposite one another and offset by 30 ° in the direction of movement (seen in the clockwise direction) 1 - 5 ) from the minor axis of the chamber 3 , Corresponding openings 9 and 10 are in a similar way in the compression unit 4 provided, but offset by 30 ° in the opposite direction to the rotation of the plane of symmetry of the chamber 6 , This positioning ensures that there is an opening during operation 7 or 8th it is going to open to a subchamber when that subchamber has its maximum volume in the expansion unit. In a similar way has an opening 9 or 10 just closed to a sub-chamber when this sub-chamber reaches its maximum volume in the compression unit 4 has. The expansion unit opening 7 is connected by a connecting line 11 to the compression opening 9 diagonally opposite with respect to the axis of rotation of the units 1 and 4 during the expansion unit opening 8th connected in a similar way by a connecting line 12 to the compression unit opening 10 , These lines each contain a (not shown) regenerator.

Die Betriebssequenz ist wie folgt:The Operating sequence is as follows:

In 1 nimmt erhitztes Arbeitsfluid oder Dampf die Subkammer 3a ein, welche sich bei einem minimalen Volumen befindet und offen ist über die Öffnung 8 zur Leitung 12. Die Subkammer 3b ist isoliert bei ansteigendem Volumen. Die Subkammer 3c befindet sich bei abnehmenden Volumen, wodurch Arbeitsfluid oder Dampf verdrängt wird über die Öffnung 7 durch die Leitung 11. Das Fluid oder der Dampf gibt Wärme ab im Fall eines Motors oder nimmt sie auf im Fall einer Wärmepumpe innerhalb des Regenerators in der Leitung 11. Gekühltes Arbeitsfluid oder Dampf nimmt die Kammer 6a ein, die ein maximales Volumen besitzt, isoliert ist und dabei ist den Kompressionszyklus zu beginnen. Die Subkammer 6b befindet sich in ihrem Kompressionszyklus, nimmt an Volumen ab und isoliert. Die Subkammer 6c besitzt ein ansteigendes Volumen und ist offen über die Öffnung 9 zur Leitung 11. Sie nimmt dementsprechend Arbeitsfluid oder Dampf von der Subkammer 3c auf. Die Öffnung 10 ist durch den Kolben 11 geschlossen.In 1 heated working fluid or steam takes the sub-chamber 3a which is at a minimum volume and open over the opening 8th to the line 12 , The sub-chamber 3b is isolated with increasing volume. The sub-chamber 3c is located at decreasing volume, which displaces working fluid or steam across the opening 7 through the pipe 11 , The fluid or vapor releases heat in the case of an engine or absorbs it in the case of a heat pump within the regenerator in the conduit 11 , Cooled working fluid or steam takes the chamber 6a one that has a maximum volume, is isolated and is about to begin the compression cycle. The sub-chamber 6b is in its compression cycle, decreases in volume and isolates. The sub-chamber 6c has a rising volume and is open over the opening 9 to the line 11 , It accordingly takes working fluid or vapor from the sub-chamber 3c on. The opening 10 is through the piston 11 closed.

In 2 haben sich die Kolben 2 und 5 um 30° im Uhrzeigersinn gedreht und die Kammern 3 und 6 um 45°. Die Subkammer 3a besitzt ein ansteigendes Volumen und nimmt Arbeitsfluid oder Dampf auf über die Öffnung 8 von der Leitung 12 und von der Subkammer 6b, die kontinuierlich an Volumen abnimmt und nun mit der Öffnung 10 kommuniziert. Die Subkammer 3b fährt fort hinsichtlich ihres Volumens anzusteigen mit dem isolierten erhitzten Arbeitsfluid oder dem Dampf, welcher hierin expandiert, während der Übergang des Arbeitsfluids oder des Dampfes fortfährt von der Subkammer 3c zur Subkammer 6c über die Öffnung 7, die Leitung 11 und die Öffnung 9. Das abgekühlte Arbeitsfluid oder der Dampf in der Subkammer 6a verbleiben isoliert und werden komprimiert, während das Volumen der Subkammer abnimmt.In 2 have the pistons 2 and 5 rotated by 30 ° clockwise and the chambers 3 and 6 at 45 °. The sub-chamber 3a has an increasing volume and takes working fluid or vapor over the opening 8th from the line 12 and from the sub-chamber 6b , which gradually decreases in volume and now with the opening 10 communicated. The sub-chamber 3b continues to increase in volume with the isolated heated working fluid or vapor expanding therein while the transition of the working fluid or vapor continues from the subchamber 3c to the sub-chamber 6c over the opening 7 , The administration 11 and the opening 9 , The cooled working fluid or the vapor in the sub-chamber 6a remain isolated and are compressed as the volume of the subchamber decreases.

In 3 haben sich die Kolben um 60° von ihren Ausgangspositionen gedreht und die Kammern um 90°. Die Subkammer 3a fährt fort hinsichtlich ihres Volumens anzusteigen, wobei jedoch der Kolben 2 die Öffnung 8 verschließt, wodurch der Eintritt von Arbeitsfluid oder Dampf beendet wird, worauf der Expansionsprozess sich fortsetzt innerhalb dieser Subkammer. Die Subkammer 3b hat ihr maximales Volumen erreicht und das erhitzte Arbeitsfluid hierin ergreift dann das Ende des Expansionsprozesses während die Subkammer 3c fortfährt hinsichtlich ihres Volumens abzunehmen mit dem Austritt von Arbeitsfluid oder Dampf über die Öffnung 7, die Leitung 11 und die Öffnung 9 zur Kompressionseinheit 4. Das abgekühlte Arbeitsfluid fährt fort, komprimiert zu werden innerhalb der isolierten Subkammer 6a, während das Volumen hierin abnimmt. Die Subkammer 6b befindet sich bei ihrem minimalen Volumen und ist offen über die Öffnung 10 zur Leitung 12, wobei jedoch das Arbeitsfluid oder der Dampf nicht mehr strömt aufgrund des Verschlusses der Öffnung 8. Die Subkammer 6c fährt fort hinsichtlich ihres Volumens anzusteigen und das Arbeitsfluid oder den Dampf aufzunehmen über die Öffnung 9 von der Subkammer 3c.In 3 the pistons have rotated 60 ° from their initial positions and the chambers have turned 90 °. The sub-chamber 3a continues to increase in volume, but with the piston 2 the opening 8th closing, whereby the entry of working fluid or steam is stopped, whereupon the expansion process continues within this sub-chamber. The sub-chamber 3b has reached its maximum volume and the heated working fluid herein then seizes the end of the expansion process during the subchamber 3c continues to decrease in volume with the escape of working fluid or steam across the port 7 , The administration 11 and the opening 9 to the compression unit 4 , The cooled working fluid continues to be compressed within the isolated sub-chamber 6a while the volume decreases here. The sub-chamber 6b is at its minimum volume and is open over the opening 10 to the line 12 but with the working fluid or vapor no longer flowing due to the closure of the opening 8th , The sub-chamber 6c continues to increase in volume and pick up the working fluid or vapor via the port 9 from the sub-chamber 3c ,

In 4 haben sich die Kolben 2 und 5 um weitere 30° bewegt und die Kammern 3 und 6 um weitere 45°. Die Subkammer 3a ist isoliert und steigt hinsichtlich ihres Volumens an, wobei das erhitzte Arbeitsfluid hierin seinen Expansionsprozess fortsetzt. Die Subkammer 3b kommuniziert nun mit der Öffnung 8, da diese durch den Kolben 2 nicht abgedeckt ist und da diese Subkammer hinsichtlich ihres Volumens abnimmt, wird das Arbeitsfluid oder der Dampf hierin herausgedrückt in die Leitung 12. Die Subkammer 3c fährt fort hinsichtlich ihres Volumens abzunehmen und der Transfer des Arbeitsfluids oder des Dampfes fährt fort über die Öffnung 7, die Leitung 11 und die Öffnung 9 zur Kompressionseinheit 4. Die Subkammer 6a verbleibt isoliert und nimmt hinsichtlich ihres Volumens ab, wobei das gekühlte Arbeitsfluid oder der Dampf hierin den Kompressionsprozess fortsetzt. Die Subkammer 6b nimmt nun hinsichtlich ihres Volumens zu und aufgrund ihrer Verwendung mit der Öffnung 10 nimmt sie Arbeitsfluid oder Dampf von der Subkammer 3b auf über die Leitung 12. Die Subkammer 6c fährt fort hinsichtlich ihres Volumens anzusteigen und der Eingang des Arbeitsfluids oder der Dampf setzt sich fort über die Öffnung 9 und die Leitung 11 von der Expansionseinheit 1.In 4 have the pistons 2 and 5 moved by another 30 ° and the chambers 3 and 6 by another 45 °. The sub-chamber 3a is isolated and increases in volume, with the heated working fluid continuing its expansion process therein. The sub-chamber 3b communicates with the opening 8th as this is through the piston 2 is not covered and as this sub-chamber decreases in volume, the working fluid or vapor is forced out into the conduit 12 , The sub-chamber 3c continues to decrease in volume and the transfer of working fluid or vapor continues across the port 7 , The administration 11 and the opening 9 to the compression unit 4 , The sub-chamber 6a remains isolated and decreases in volume, with the cooled working fluid or vapor continuing the compression process therein. The sub-chamber 6b Now increases in volume and because of its use with the opening 10 it takes working fluid or steam from the sub-chamber 3b on over the line 12 , The sub-chamber 6c continues to increase in volume and the input of working fluid or vapor continues across the port 9 and the line 11 from the expansion unit 1 ,

In 5 haben sich die Kolben um 120° von ihren Ausgangspositionen wegbewegt und die Kammern um 180° von den ihren. Die Subkammer 3a fährt fort hinsichtlich ihres Volumens anzusteigen, wobei das erhitzte isolierte Arbeitsfluid hierin seinen Expansionsprozess fortsetzt. Die Subkammer 3b fährt fort hinsichtlich ihres Volumens abzunehmen, wobei ihr Arbeitsfluid oder der Dampf über die Öffnung 8, die Leitung 12 und die Öffnung 10 zur Subkammer 6b strömt, deren Volumen zunimmt. Die Subkammer 3c befindet sich bei ihrem minimalen Volumen und ist offen über die Öffnung 7 zur Leitung 11, wobei jedoch der Kompressionseinheitskolben 5 die Öffnung 9 verschlossen hat, so dass das Arbeitsfluid oder der Dampf das Strömen beendet. Die Subkammer 6a ist nach wie vor isoliert und nimmt hinsichtlich ihres Volumens ab mit den gekühlten Arbeitsfluid hierin am Ende ihres Kompressionsprozesses. Die Subkammer 6b fährt fort das transferierte Arbeitsfluid oder den Dampf von der Expansionseinheit 1 aufzunehmen. Die Subkammer 6c, die nun isoliert ist aufgrund des Verschlusses der Öffnung 9 befindet sich bei ihrem maximalen Volumen mit dem Arbeitsfluid oder dem Dampf hierin am Beginn ihres Kompressionsprozesses. Die Situation innerhalb der Maschine ist nun derjenigen der 1 ähnlich, obwohl die verschiedenen Körper des Arbeitsfluids oder des Dampfes unterschiedliche Räume einnehmen gegenüber denjenigen in dem vorherigen Diagramm.In 5 the pistons have moved 120 ° from their initial positions and the chambers have moved 180 ° from theirs. The sub-chamber 3a continues to increase in volume with the heated, isolated working fluid continuing its expansion process therein. The sub-chamber 3b continues to decrease in volume, with its working fluid or vapor over the orifice 8th , The administration 12 and the opening 10 to the sub-chamber 6b flows, whose volume increases. The sub-chamber 3c is at its minimum volume and is open over the opening 7 to the line 11 but with the compression unit piston 5 the opening 9 has closed, so that the working fluid or the steam stops flowing. The sub-chamber 6a is still isolated and decreases in volume with the cooled working fluid therein at the end of its compression process. The sub-chamber 6b continues the transferred working fluid or vapor from the expansion unit 1 take. The sub-chamber 6c , which is now isolated due to the closure of the opening 9 is at its maximum volume with the working fluid or vapor herein at the beginning of its compression process. The situation within the machine is now that of the 1 Similarly, although the various bodies of the working fluid or vapor occupy different spaces from those in the previous diagram.

Es sollen nun der Körper des gekühlten Arbeitsfluids in der Subkammer 6a in 1 in Betracht gezogen werden am Beginn ihres Kompressionsprozesses. Während sich die Einheiten 1 und 4 um 180° drehen und die Drehkolben 2 und 5 sich um 120° drehen, ist die relative Rotorrotation 60° in entgegengesetzter Richtung. Damit findet sich der Körper des Fluids in der Subkammer 6a am Ende ihres Kompressionsprozesses in einer ähnlichen Situation wie derjenigen des gekühlten Arbeitsfluids oder des Dampfes in der Subkammer 6b in 1. Nach einer weiteren Drehung um 30° der relativen Rotorrotation (entsprechend den 3-Positionen) befindet sich die Subkammer 6a bei ihrem minimalen Volumen und der Hauptteil des Arbeitsfluids oder des Dampfes, welcher sich hierin befand, wird übertragen zur Subkammer 3c über die Öffnung 9, die Leitungen 11 und die Öffnung 7, wobei im Fall eines Motors Wärme während ihrer Passage durch die Leitung 11 absorbiert oder im Falle einer Wärmepumpe abgegeben wird. An diesem Punkt, bei welchem die gesamte relative Rotorrotation 90° ausmacht, der Kolben 2 die Öffnung 7 passiert hat. Die Expander-Subkammer 3c gestattet eine Expansion des erhitzten Arbeitsfluids oder des Dampfes hierin, bis eine weitere 60°-Relativrotorrotation eingetreten ist (was insgesamt 150° ausmacht), wenn die Subkammer 3c ihr maximales Volumen besitzt. Eine weitere Rotation setzt die Öffnung 8 frei und gestattet den Austritt von erhitztem Arbeitsfluid oder Dampf über die Leitung 12, wo eine Abkühlung stattfindet im Fall eines Motors oder eine Erhitzung im Falle einer Wärmepumpe. Es bzw. er tritt dann in die Subkammer 6c ein über die Öffnung 11, wobei dieser Übergangsprozess stattfindet über eine weitere Relativrotorrotation von 90°, die insgesamt dann 240° ausmacht, wenn die Subkammer 3c sich bei ihrem minimalen Volumen befindet. Der Kolben 5 deckt nun die Öffnung 10 ab und der thermodynamische Zyklus, der diesen speziellen Körper des Arbeitsfluids oder des Dampfes involviert, wird wiederholt.It should now be the body of the cooled working fluid in the sub-chamber 6a in 1 be considered at the beginning of their compression process. While the units 1 and 4 turn 180 ° and the rotors 2 and 5 rotate by 120 °, the relative rotor rotation is 60 ° in the opposite direction. This is the body of the fluid in the sub-chamber 6a at the end of its compression process in a situation similar to that of the cooled working fluid or the vapor in the sub-chamber 6b in 1 , After another 30 ° turn of relative rotor rotation (corresponding to 3 Positions) is the subchamber 6a at its minimum volume and the major part of the working fluid or vapor which has been therein is transferred to the subchamber 3c over the opening 9 , the wires 11 and the opening 7 in which, in the case of an engine, heat passes through its passage through the duct 11 absorbed or discharged in the case of a heat pump. At this point, where the total relative rotor rotation is 90 °, the piston 2 the opening 7 happened. The expander sub-chamber 3c allows expansion of the heated working fluid or vapor therein until another 60 ° relative rotor rotation has occurred (which is a total of 150 °) when the subchamber 3c has her maximum volume. Another rotation sets the opening 8th free and allows the escape of heated working fluid or steam through the line 12 where cooling takes place in the case of an engine or heating in the case of a heat pump. He or she then enters the sub-chamber 6c one over the opening 11 , wherein this transition process takes place via a further relative rotor rotation of 90 °, which makes up a total of 240 ° when the sub-chamber 3c is at its minimum volume. The piston 5 now cover the opening 10 and the thermodynamic cycle involving this particular body of working fluid or vapor is repeated.

Die Prozesse können tabuliert werden über die relative Rotorrotation von 360° entsprechend einer Kolbenrotation von 720° und einer Kammerrotation von 1080°, wie dies in Tabelle 1 dargestellt ist.The Processes can be taboo over the relative rotor rotation of 360 ° corresponding to a piston rotation from 720 ° and a chamber rotation of 1080 °, as shown in Table 1.

Der oben beschriebene geschlossene thermodynamische Zyklus tritt ein und wiederholt sich bei einer Phasenverschiebung mit vier Hauptkörpern des Arbeitsfluids oder Dampfes. In 1 befinden sich diese in der Subkammer 6a am Beginn der Kompression, in der Subkammer 6b gegen Ende der Kompression, in den Subkammern 3c und 6c und der Leitung 11, wo sie einem regenerativen Übergang unterzogen werden und in der Subkammer 3b, in welcher Expansion stattfindet. Das restliche Arbeitsfluid oder der Dampf in der Subkammer 3a erwartet ein Vermischen mit dem Körper des Arbeitsfluids oder des Dampfes in der Subkammer 6b. Es ist herauszustellen, dass Arbeitsprozesse sowohl in den Expansions- als auch Kompressionseinheiten die gleiche Dauer besitzen, nämlich 60° relativer Rotorrotation. Der regenerative Transfer des Arbeitsfluids oder des Dampfes von der Kompressionseinheit 4 zu der Expansionseinheit 1 vollzieht sich stets zu einer Subkammer unähnlicher Bezeichnung, d. h. 6a zu 3c, 6b zu 3a und 6c zu 3b und ist von kurzer Dauer, nämlich einer relativen Rotorrotation von 30°. Der Regenerationsübergang des Arbeitsfluids oder des Dampfes von der Expansionseinheit 1 zur Kompressionseinheit 4 vollzieht sich stets zu einer Subkammer ähnlicher Bezeichnung, d. h. 3a zu 6a, 3b zu 6b und 3c zu 6c und ist von langer Dauer, nämlich einer relativen Rotorrotation von 90°. Wenn die Einheiten 1 und 4 gleiche Größe besitzen, was keine Notwendigkeit besitzt, stellt die Geometrie sicher, dass diese letztere Übergang eintritt unter konstant summierten Volumen.The closed thermodynamic cycle described above occurs and repeats with a phase shift with four main bodies of working fluid or vapor. In 1 are these in the sub-chamber 6a at the beginning of the compression, in the subchamber 6b towards the end of compression, in the subchambers 3c and 6c and the line 11 where they undergo a regenerative transition and in the subchamber 3b in which expansion takes place. The remaining working fluid or vapor in the sub-chamber 3a Expects to mix with the body of working fluid or vapor in the sub-chamber 6b , It should be noted that work processes have the same duration in both the expansion and compression units, namely 60 ° relative rotor rotation. The regenerative transfer of the working fluid or vapor from the compression unit 4 to the expansion unit 1 always takes place to a sub-chamber of dissimilar designation, ie 6a to 3c . 6b to 3a and 6c to 3b and is of short duration, namely a relative rotor rotation of 30 °. The regeneration transition of the working fluid or vapor from the expansion unit 1 to the compression unit 4 always takes place to a sub-chamber of similar designation, ie 3a to 6a . 3b to 6b and 3c to 6c and is of long duration, namely a relative rotor rotation of 90 °. When the units 1 and 4 Having the same size, which has no need, the geometry ensures that this latter transition occurs under constantly summed volumes.

Der regenerative Transfer irgendeines Hauptkörpers des Arbeitsfluids oder des Dampfes wird stets erzielt alternierend zwischen den beiden Leitungen 11 und 12. Das heißt, dem Transfer von einer Einheit zur anderen über eine Leitung folgt stets der Rückführtransfer über die andere Leitung. Infolge der paarweisen Anordnung von Subkammern während der Übergänge wird jeder Hauptkörper des Arbeitsfluids oder des Dampfes eventuell durch jede Subkammer transportiert innerhalb der Maschine, so dass ein Massen- und Energieausgleich des Arbeitsfluids oder des Dampfes rasch erzielt wird.The regenerative transfer of any main body of the working fluid or steam is always achieved alternately between the two lines 11 and 12 , That is, the transfer from one unit to another via one line is always followed by the return transfer via the other line. Due to the pairing of subchambers during the transitions, each main body of the working fluid or vapor may be transported through each subchamber within the machine so that mass and energy balance of the working fluid or vapor is rapidly achieved.

Der Route, der ein Hauptkörper des Arbeitsfluids oder Dampfes folgt, kann tabuliert werden über eine relative Rotorrotation von 720° entsprechend einer Kolbenrotation von 1440° und einer Gehäuserotation von 2160° entsprechend der Darstellung in Tabelle 2. Der Hauptkörper des in den Tabellen untersuchten Arbeitsfluids oder Dampfes ist derjenige, der in der Subkammer 6a in 1 erscheint am Beginn des Kompressionsprozesses. Es zeigt sich, dass er drei vollständige thermodynamische Zyklen vollzieht, bevor er zurückkehrt zur Subkammer 6a nach dem Durchlaufen durch alle anderen Subkammern der Maschinen. Ein zweiter Hauptkörper des Arbeitsfluids oder Dampfes, welcher in 1 in der Subkammer 6b erscheint, der seinem Expansionsprozess unterworfen ist, folgt einer identischen Route, wie sie in Tabelle 2 dargestellt ist mit einer Phasenverschiebung von +360° relativer Rotorrotation gegenüber derjenigen in Tabelle 2. Ein dritter Hauptkörper des Arbeitsfluids oder Dampfes, der in 1 in der Subkammer 6b erscheint, folgt gegen Ende seines Kompressionsprozesses einer ähnlichen Route, wobei jedoch die Leitungen ausgetauscht sind, so dass die Übergänge von der Expansionseinheit zur Kompressionseinheit vollzogen werden über die Leitung 11 während sich der Umkehrtransfer vollzieht über die Leitung 12 mit einer Phasenverschiebung von +180° relativer Rotorrotation gegenüber der in Tabelle 2 dargestellten. Der vierte Hauptkörper des Arbeitsfluids oder Dampfes, der in 1 in den Subkammern 3c und 6c und der Leitung 11 erscheint und einem regenerativen Übergang zur Kompressionseinheit unterworfen wird, folgt einer identischen Route zu derjenigen des dritten Hauptkörpers des Fluids oder Dampfes bei einer Phasenverschiebung von –180° relativer Rotorrotation gegenüber der in Tabelle 2 gezeigten. Die Maschine stellt dementsprechend insgesamt 12 thermodynamische Zyklen bereit über die Periode, die definiert ist durch eine Kolbenrotation von 1440° entsprechend einer Kammerrotation von 2160° und einer relativen Rotorrotation von 720°.The route following a main body of working fluid or vapor can be tabulated by a relative rotor rotation of 720 ° corresponding to a piston rotation of 1440 ° and a housing rotation of 2160 ° as shown in Table 2. The main body of the working fluid or fluids tested in the Tables Steam is the one in the sub-chamber 6a in 1 appears at the beginning of the compression process. It turns out that he completes three complete thermodynamic cycles before returning to the subchamber 6a after passing through all other subchambers of the machines. A second main body of the working fluid or vapor, which in 1 in the sub-chamber 6b which is subject to its expansion process follows an identical route as shown in Table 2 with a + 360 ° relative rotor rotation phase shift from that in Table 2. A third main body of working fluid or vapor flowing in 1 in the sub-chamber 6b appears at the end of its compression process follows a similar route, but the lines are exchanged so that the transitions from the expansion unit to the compression unit are accomplished via the line 11 while the reverse transfer occurs over the line 12 with a phase shift of + 180 ° relative rotor rotation to that shown in Table 2. The fourth main body of the working fluid or vapor, which in 1 in the subchambers 3c and 6c and the line 11 is subjected to a regenerative transition to the compression unit, follows an identical route to that of the third main body of the fluid or vapor at a phase shift of -180 ° relative rotor rotation from that shown in Table 2. Accordingly, the machine provides a total of 12 thermodynamic cycles over the period defined by a piston rotation of 1440 ° corresponding to a chamber rotation of 2160 ° and a relative rotor rotation of 720 °.

Es ist herauszustellen, dass jeder individuelle thermodynamische Zyklus eintritt über eine Periode, die definiert ist durch eine relative Rotorrotation von 240°, d. h. einer Kolbenrotation von 480° und einer Kammerrotation von 720°. Jegliche Komponente unabhängig davon, ob es sich um die angekoppelten Kolben 2 und 5 oder die angekoppelten Einheiten 1 und 4 handelt, wird eingesetzt als Motorleistungsmedium oder Wärmepumpeneingangsmedium, wobei die thermodynamischen Zyklen eine längere Dauer aufweisen als diejenige, die eintritt bei herkömmlichen hin- und herlaufenden Verbrennungsmotoren und hin- und hergehenden Wärmepumpen. Diese müssen über 360° arbeiten der ausgehenden oder eingehenden Wellenrotation. Diese Merkmale der zuvor beschriebenen Rotati onsmaschine gestattet einen verbesserten Wärmeübergangprozess und ermöglicht eine Annäherung an den theoretisch idealen thermodynamischen Zyklus.It should be noted that each individual thermodynamic cycle occurs over a period defined by a relative rotor rotation of 240 °, ie a piston rotation of 480 ° and a chamber rotation of 720 °. Any component regardless of whether it is the coupled piston 2 and 5 or the attached units 1 and 4 is used as a motor power medium or heat pump input medium, wherein the thermodynamic cycles have a longer duration than that which occurs in conventional reciprocating internal combustion engines and reciprocating heat pumps. These must work over 360 ° of outgoing or incoming shaft rotation. These features of the above-described rotary machine permit an improved heat transfer process and allow it to approach the theoretically ideal thermodynamic cycle.

In 6 sind die beiden Einheiten 1 und 4 starr an eine Hohlwelle 13 gekoppelt, die gelagert ist bei 14 und 15 in einer festen Halterung 16. Die Kolben 2 und 5 werden von einer gemeinsamen Welle 17 getragen, die gelagert ist bei 18 und 19 in der Halterung 16. Die Öffnungen 7, 8, 9 und 10 befinden sich in den flachen radialen Seiten der Kammern 3 und 6 in der Nähe ihrer Peripherie und werden geöffnet und geschlossen durch die flachen Flächen der Kolben 2 und 5. Eine Zahnradkopplung 20 zwischen den Wellen 13 und 17 stellt sicher, dass sich die Einheiten 1 und 4 relativ zu den Kolben 2 und 5 in der beschriebenen Weise drehen.In 6 are the two units 1 and 4 rigid to a hollow shaft 13 coupled, which is stored at 14 and 15 in a fixed bracket 16 , The pistons 2 and 5 be from a common wave 17 worn, which is stored at 18 and 19 in the holder 16 , The openings 7 . 8th . 9 and 10 are located in the flat radial sides of the chambers 3 and 6 near their periphery and are opened and closed by the flat surfaces of the pistons 2 and 5 , A gear coupling 20 between the waves 13 and 17 Make sure the units are up 1 and 4 relative to the pistons 2 and 5 rotate as described.

Die Einheiten 1 und 4 können eingehaust oder abgeschirmt werden, gegenüber bestimmten oberen und unteren Temperaturbereichen, wobei jede Einheit einen großen Oberflächenbereich für einen wirksamen Wärmeübergang repräsentiert. Die Drehung der Einheiten fördert eine nahezu gleichförmige Temperaturverteilung.The units 1 and 4 can be housed or shielded from certain upper ones and lower temperature ranges, each unit representing a large surface area for efficient heat transfer. The rotation of the units promotes a nearly uniform temperature distribution.

Zusätzlich zur Aufrechterhaltung eines Temperaturdifferentials zwischen den Einheiten 1 und 4 können zusätzliche Heiz- und Kühleinrichtungen für die Leitungen 11 und 12 vorgesehen sein, beispielsweise durch die Anpassung der Einhausung oder Abschirmung, um die Enden der Leitungen einzuschließen. Eine weitere Heizeinrichtung befindet sich zwischen den Regeneratoren und der Einheit 1, während eine weitere Kühleinrichtung sich zwischen den Regeneratoren und der Einheit 4 befindet.In addition to maintaining a temperature differential between the units 1 and 4 can provide additional heating and cooling facilities for the pipes 11 and 12 be provided, for example, by the adaptation of the housing or shield to enclose the ends of the lines. Another heater is located between the regenerators and the unit 1 while another cooling device is between the regenerators and the unit 4 located.

Die 6 zeigt die beiden drehbaren Strukturen zur Vereinfachung isoliert. Es gibt natürlich eine Verbindung von einer zur anderen, um Leistung abzugeben im Fall eines Motors oder Leistung zuzuführen im Fall einer Pumpe. Die Wellen 13 und 17 können entsprechend angepasst werden.The 6 shows the two rotatable structures isolated for simplicity. Of course, there is a connection from one to another to give power in the case of a motor or to supply power in the case of a pump. The waves 13 and 17 can be adjusted accordingly.

Es leuchtet ein, dass, obwohl eine einfache Ausführungsform mit dreiseitigen Kolben, die in zweibogigen Kammern arbeiten, beschrieben worden ist aufwendigere Anwendungen vorgesehen sein können mit n + 1 (n > 2) seitigen Kolben in n-bogigen Kammern angeschlossen über eine entsprechende Anzahl von Leitungen mit Regeneratoren. Die Relativgeschwindigkeiten der Rotation der Kammern zu den Kolben ist n + 1 : n.It It is clear that, although a simple embodiment with three-sided Pistons that work in double-arched chambers, has been described More elaborate applications may be provided with n + 1 (n> 2) side pistons connected in n-curved chambers via a corresponding number of pipes with regenerators. The relative speeds of Rotation of the chambers to the pistons is n + 1: n.

Claims

Fluid or steam rotary engine with two volume variable units, each unit being a multi-arched, epitrochoide rotary chamber and a multi-sided piston in this which cooperates with the circumference of the associated chamber forming several separate subchambers, where the number (n + 1) the piston sides is larger by 1 as the number (n) of epitrochoidal arches, the two chambers with a first common speed around a first effective one rotate common axis and the two pistons with a second common speed around a second common effective axis turn, taking the ratio of first common speed n + 1: n; each one Chamber has several (n) double-functional openings, the one Connection between the chambers over Create channels, and where each of the channels contains a regenerator, which allows variable volume unit intake, expansion and discharge, while the other unit due to relative rotation and positions the openings Suction, compression and discharge performs.

Rotary piston engine according to claim 1, characterized in that for that variable volume unit, which performs the expansion process, a heating means is provided.

Rotary piston machine according to claim 2, characterized in that that between each generator and that variable volume unit which carries out the expansion process, heating medium are provided.

Rotary piston machine according to claim 1, 2 or 3, characterized characterized in that for the one variable volume unit that performs the compression process, coolant are provided.

Rotary piston machine according to claim 4, characterized in that that between each generator and that variable volume unit which performs the compression process, coolant are provided.

Rotary piston machine according to one of the preceding Claims, characterized in that n = 2.